含风光柴储及海水淡化系统海岛微电网的模糊决策方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分布式发电和微电网领域，尤其涉及一种含风光柴储及海水淡化系统 海岛微电网的模糊决策方法。
【背景技术】
[0002] 随着人类海洋观念的不断提升，海洋经济已进入了快速发展的阶段，而广泛分布 的海上岛屿作为全球海洋开发的重要支撑，其建设和开发也受到越来越多的重视。然而由 于自身地理环境相对封闭，海上岛屿的发展程度和产业竞争力直接受到资源和能源因素的 影响和限制较大，能否在不过分依赖于大陆保障的情况下获得自身生产生活所必须的能源 供应已经成为当前海岛建设和开发过程中需要考虑的主要因素之一。近年来，随着微电网 概念的提出以及以风能、太阳能等为代表的绿色可再生能源发电技术的快速发展，海岛"能 源困局"的解决出现了新的思路和技术手段。海岛自身拥有的丰富的风能、太阳能、潮汐能 等可再生能源，都为解决其能源问题提供了良好的条件，然而与陆地环境相比，其可再生能 源又具有较大的波动性、随机性和难预测性的特点，这些特点都给海岛在绿色能源利用的 过程中增加了困难也给海岛微电网建设提出了巨大的挑战。为了解决这一问题，在孤岛微 电网系统中往往采用稳定性设备或控制器以保证其所发电能的稳定；同时在海岛微电网的 建设过程中通过配备一定容量的储能设备来平抑海岛分布式电源全天发电负荷的波动，从 而实现对其所发电能的更充分、有效地利用。然而，传统的单纯依赖储能单元对系统发电波 动进行调节的方法将极大的增加储能设备自身的使用量，增加其维护成本并降低其使用寿 命，最终将会带来潜在的巨大经济损失；此外，储能设备的过量过快损耗，也将大大削弱整 个微电网系统的安全性、可靠性、稳定性与经济性。因此，从长远的分析角度来看，单纯的依 靠岛上储能设备进行海岛电能调配的方法并不是高效可靠的调控手段。海水淡化系统被广 泛的应用于中、小规模岛屿上，它不仅可以为居民提供日常的生产、生活用水，而且还可以 在运行过程中根据岛上居民的实际用水量、淡水池剩余水量及海水淡化机组自身的额定功 率来灵活的调控开机数量，从而对岛上的微电网系统起到辅助的功率调节作用。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含风光柴储及海水淡化系统海 岛微电网的模糊决策方法。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术手段实现的：一种含风光柴储及海水淡化系统海岛 微电网的模糊决策方法，包括以下步骤：
[0005] (1)以时间间隔At为采样时间，T为采样周期，实时采集海岛微电网系统的 电力供需匹配关系（Generation and consumption relationship, GCR)、海水淡化系 统（Seawater desalination system, SDS)的蓄水池剩水量（Remaining amount of freshwater, RAF)及储能单元（Storage Unit, SU)的荷电状态（S0C)作为模糊决策系统的 控制输入。
[0006] (2)将步骤（1)获取的电力供需匹配GCR、蓄水池剩水量RAF、储能单元荷电状态 S0C等变量按照隶属度函数进行模糊化。
[0007] (3)对步骤（2)模糊化后得到的模糊向量按照模糊控制规则表进行推理计算，得 到柴油发电机的工作状态UD(；S、海水淡化系统开机台数USDS和储能单元的充放电状态U su三 个输出控制变量的模糊控制向量。
[0008] (4)对步骤（3)获得的模糊控制向量进行解模糊计算，得到柴油发电机的工作状 态UD(；S、海水淡化系统开机台数USDS和储能单元的充放电状态U su三个输出控制变量的精确 值。
[0009] (5)通过控制器将步骤（4)获得的三个输出控制变量的精确值分别发送到柴油发 电机、海水淡化系统和储能单元的执行器，调节其完成控制动作。
[0010] 进一步地，步骤（2)中，所述隶属度函数由两部分组成，即边界隶属度函数和对称 隶属度函数。边界隶属度函数的戒上限隶属度函数为降半柯西分布函数，如下式（1)所示：
[0012] 戒下限隶属度函数为升半柯西分布函数，如式（2)所示：
[0014] 中间隶属度函数为正态分布函数，如式（3)所示：
[0016] 其中，参数clc]W>0，chlgh>0调节曲线的坡度；β lciw>0, 0hlgh>〇决定拐点的位置和曲线 的坡度。CnKd>〇调节曲线中心点所对应的位置，kMd>0调节曲线的坡度。
[0017] 模糊化的电力供需匹配GCR、蓄水池剩水水位RAF、储能单元荷电状态S0C分别采 用5元素模糊子集{负大NB，负小NS，零Z0,正小PS，正大PB}、3元素模糊子集{:低LRAF，中 MRAF，高HRAF}和3元素模糊子集{:低Ls『中MS(K，高H S(]J，则任意采样时刻获得的GCR、RAF和 S0C的实时采样值V S(rc可通过隶属度函数被分别模糊成向量、斤^和!^ :
[0021] 进一步地，步骤（3)中采用改进的基于专家规则的推理方式，其模糊蕴涵关系
由GCR、RAF和S0C的模糊向量的笛卡尔乘积获得，BP :
[0023] 其中，n_input为输入变量的个数。
[0024] N条专家规则中的任一条可描述为："若GCR是2，: RAF是J并且S0C是(g,那么柴 油发电机的工作状态输出为UD(；S，海水淡化系统开机台数输出为USDS，储能单元的工作状态 输出为Usu。"其中，及，（f'为输入变量的模糊子集元素，即：
[0026] UD(；S，USDS，Usu为输出结果的精确解集元素，BP :
[0028] 则由式（7)，全部规则推理可表示为：
[0030] 由于UDCS，USDS，Usu为精确解集的元素，因此，式（10)可简化为：
[0032] 带入式（4)-(6)可得：
[0034] 式（12)是与模糊控制规则表对应的推理矩阵，矩阵中的元素与规则表中对应位 置的输出变量解集的元素对应。该推理过程中解集元素直接采用精确解，而非模糊向量，因 此，该矩阵中对应元素即为其规则表中解集元素的隶属度。再对规则表中同一解集元素的 隶属度取"合成"运算（逻辑"或"，V)，即将规则表中同一元素对应的（12)中隶属度元素 取"合成"，得到的最终结果既为该解集元素的推理结果。
[0035] 海岛微电网系统的基本控制原则是：
[0036] (a)在光伏（Ppv)和风机（PWind)可再生供电系统供电量大于岛上日常生产生活用 电（PuJ的情况下，即PPV+P?nd>Pu·』寸，优先开启海水淡化系统吸纳多余的电量，以保证岛 上淡水供应的稳定，同时减少储能设备的充放电次数，延长其使用寿命；
[0037] (b)在光伏（Ppv)和风机（PWind)可再生供电系统供电量远大于岛上日常生产生 活用电（PuJ的情况下，即
#寸，开启海水淡化系统的同时储能设备充电
，以吸收多余电能；
[0038] (c)在光伏（PPV)和风机（PWind)可再生供电系统供电量小于岛上日常生产生活用 电U的情况下，即Ρρν+Ρκη/Ρ^时，优先使用储能设备放电以弥补电力供应的 不足；
[0039] (d)在光伏（Ρρν)和风机（PWind)可再生供电系统供电量远小于岛上日常生产生活 用电（P^d)的情况下，即
^寸，储能设备放电
的同时，开启柴油发电 机供电（PDly)，以进一步弥补电力供应的不足，并最大限度的降